RU152284U1

RU152284U1 - THERMOSTABILIZED SCAN CONFOCAL INTERFEROMETER

Info

Publication number: RU152284U1
Application number: RU2014145454/28U
Authority: RU
Inventors: Виталий Валентинович Васильев; Евгений Александрович Петрухин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КДП"
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-05-20

Abstract

1. Термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр, содержащий корпус, выполненный в виде узла крепления двух оптических подложек, установленных перпендикулярно оптической оси корпуса, пьезоэлектрический корректор и двухзеркальный резонатор, каждое зеркало которого установлено на оптической оси корпуса и закреплено внутри него на соответствующей оптической подложке, отличающийся тем, что, корпус, оптические подложки и зеркала выполнены из оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения, оптические подложки соединены с зеркалами и корпусом путем оптического контакта, пьезоэлектрический корректор установлен на внешней стороне одной из оптических подложек и выполнен с центральным сквозным отверстием на оптической оси корпуса для ввода-вывода лазерного излучения, а корпус установлен на термоэлектрическом модуле внутри герметичной камеры с оптическими окнами для ввода-вывода излучения, выполненными на оптической оси корпуса.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения используют ситалл.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пьезоэлектрический корректор выполнен в виде биморфной мембраны, установленной на металлическом основании.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зеркала двухзеркального резонатора выполнены с радиусом кривизны 20-50 мм.1. Thermostabilized scanning confocal interferometer containing a housing made in the form of a mounting unit for two optical substrates mounted perpendicular to the optical axis of the housing, a piezoelectric corrector and a two-mirror resonator, each mirror of which is mounted on the optical axis of the housing and mounted inside it on the corresponding optical substrate, characterized in that, the case, optical substrates and mirrors are made of optically transparent material with a low coefficient of temperature expansion Oia, optical substrates are connected to the mirrors and the housing by optical contact, the piezoelectric corrector is mounted on the outside of one of the optical substrates and made with a central through hole on the optical axis of the housing for input / output of laser radiation, and the housing is mounted on a thermoelectric module inside a sealed chamber with optical windows for radiation input-output, made on the optical axis of the casing. 2. The device according to claim 1, characterized in that glass is used as an optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion. The device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric corrector is made in the form of a bimorph membrane mounted on a metal base. The device according to claim 1, characterized in that the mirrors of the two-mirror resonator are made with a radius of curvature of 20-50 mm.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности, к интерференционным приборам и может быть использована для создания интерферометров, работающих по принципу интерферометра Фабри-Перо.The utility model relates to optical instrumentation, in particular, to interference devices and can be used to create interferometers operating on the principle of a Fabry-Perot interferometer.

Известен интерферометр Фабри-Перо [RU 2091732, C1, G01J 3/26, 27.09.1999], содержащий корпус, круглые клиновидные зеркальные пластины, закрепленные на клиновидных пластинах с вершинами клиньев, ориентированными в противоположные стороны, имеющих отверстия в центре, равные световому диаметру, и наружные поверхности, параллельные рабочим поверхностям пластин интерферометра, и связанных с системой сканирования, а также привод продольного перемещения, причем, система сканирования выполнена в виде пьезопривода, содержащего корпус и три пьезотолкателя, одна из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса интерферометра, выполнена в виде прямоугольной призмы, грани которой изготовлены со степенью плоскостности, не хуже чем рабочие поверхности зеркальных пластин интерферометра, установлена в корпусе интерферометра, на три опоры скольжения на нижней грани и на две опоры скольжения на боковой грани, напротив опор скольжения установлены пружинные устройства поджима призмы к опорам скольжения, и соединена с ручным приводом продольного перемещения, вторая из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса пьезопривода и установлена на три пьезотолкателя, каждый из которых выполнен в виде соосных трубчатых пьезоэлементов, вложенных один в другой, так что один торец наружного пьезоэлемента прикреплен к корпусу пьезопривода, противоположный торец жестко соединен с торцом внутреннего пьезоэлемента, свободный торец которого является опорой клиновидной пластины, ручной привод выполнен в виде углового поворотного рычага, на одном конце которого установлен микрометрический винт, опирающийся на корпус интерферометра, на противоположном конце качающаяся вилка, опирающаяся своими концами на торец призмы, к наружной поверхности которой прикреплены возвратные пружинные элементы.Known Fabry-Perot interferometer [RU 2091732, C1, G01J 3/26, 09/27/1999], comprising a body, round wedge-shaped mirror plates mounted on wedge-shaped plates with wedge vertices oriented in opposite directions, with openings in the center equal to the light diameter and external surfaces parallel to the working surfaces of the plates of the interferometer and associated with the scanning system, as well as a drive of longitudinal movement, moreover, the scanning system is made in the form of a piezoelectric drive containing a housing and three piezo pushers, one and from the wedge-shaped plates it is movable relative to the interferometer body, made in the form of a rectangular prism, the faces of which are made with a degree of flatness, no worse than the working surfaces of the mirror plates of the interferometer, installed in the interferometer body, with three sliding bearings on the lower face and two sliding bearings on the side faces, opposite the sliding supports, spring-loaded devices for pressing the prism to the sliding supports are installed and connected to a manual drive of longitudinal movement, the second of the wedge-shaped plates is movable and relative to the piezoelectric drive case, it is mounted on three piezo pushers, each of which is made in the form of coaxial tubular piezoelectric elements nested one into the other, so that one end of the external piezoelectric element is attached to the piezoelectric drive case, the opposite end is rigidly connected to the end of the internal piezoelectric element, the free end of which is a support wedge-shaped plate, the manual drive is made in the form of an angular pivot arm, at one end of which there is a micrometer screw resting on the interferometer body, n the opposite end of the swinging fork, its ends resting on the face of the prism, the outer surface of which are attached return spring elements.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.The disadvantage of this device is its relatively high complexity.

Известно также устройство [RU 2054639, C1, G01J 3/26, 20.02.1996], содержащее оптически связанные источник эталонного излучения, щелевую диафрагму и последовательно расположенные на оптической оси светоделитель и интерферометр Фабри-Перо, включающий неподвижное зеркало и подвижное зеркало, по периметру которого закреплены три пьезоэлектрических элемента, при этом, каждый из трех выходов светоделителя оптически связан с соответствующим сигнальным входом блока коррекции, выходы которого соединены с соответствующими пьезоэлектрическими элементами, а опорные входы подключены к соответствующим перестраиваемым источникам опорного напряжения, блок коррекции включает в себя три операционных усилителя, выходы которых являются соответствующими выходами, а неинвертирующие входы -соответствующими опорными входами блока коррекции, причем, устройство содержит также вторую и третью щелевые диафрагмы, каждая из которых установлена на соответствующем сигнальном входе блока коррекции, который включает три координатоуказателя, вход каждого из которых является соответствующим сигнальным входом блока коррекции, а выход подключен к инвертирующему входу соответствующего операционного усилителя, а светоделитель установлен непосредственно за источником эталонного излучения.It is also known a device [RU 2054639, C1, G01J 3/26, 02.20.1996] containing optically coupled reference radiation source, a slit diaphragm and a beam splitter and a Fabry-Perot interferometer sequentially located on the optical axis, including a fixed mirror and a movable mirror, around the perimeter of which three piezoelectric elements are fixed, wherein, each of the three outputs of the beam splitter is optically connected to the corresponding signal input of the correction unit, the outputs of which are connected to the corresponding piezoelectric elements, and the reference inputs are connected to the corresponding tunable sources of reference voltage, the correction unit includes three operational amplifiers, the outputs of which are the corresponding outputs, and non-inverting inputs are the corresponding reference inputs of the correction unit, and the device also contains a second and third slotted apertures, each of which is installed on the corresponding signal input of the correction unit, which includes three coordinate indicators, the input of each of which is the corresponding signal input th correction unit, and an output connected to the inverting input of the corresponding operational amplifier, and a beam splitter is mounted directly behind the reference radiation source.

Недостатком этого устройства также является его относительно высокая сложность.The disadvantage of this device is its relatively high complexity.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является интерферометр Фабри-Перо, [RU 2517801, C1, G01J 3/26, 27.05.2014], содержащий корпус, выполненный в виде узла крепления двух установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев с осевыми сквозными отверстиями, выполняющих функции подложек зеркал двухзеркального резонатора, причем, каждое зеркало закреплено на соответствующей ей подложке с помощью пьезоэлектрического элемента, выводы пьезоэлектрических элементов связаны с входом контрольного блока и выходом генератора, выход контрольного блока связан с управляющим входом генератора, а крепления зеркал к торцам пьезоэлектрических элементов выполнены с возможностью размещения между периферийными участками зеркал, не участвующих в многократном отражении света, плоскопараллельной пластины, толщина которой лежит в пределах изменения зазора между зеркалами, обеспечиваемого рабочим ходом пьезоэлектрических элементов.The closest in technical essence to the proposed one is the Fabry-Perot interferometer, [RU 2517801, C1, G01J 3/26, 05.27.2014], comprising a housing made in the form of a mounting unit of two flanges mounted perpendicular to the optical axis with axial through holes, performing the functions of the substrates of the mirrors of the two-mirror resonator, each mirror being fixed to the corresponding substrate using a piezoelectric element, the conclusions of the piezoelectric elements are connected to the input of the control unit and the output of the generator, the output of the counter ceiling elements unit connected to the control input of the generator, and the attachment of mirrors to the ends of the piezoelectric elements being arranged between the peripheral portions of the mirrors are not participating in the multiple reflection of light, a plane parallel plate whose thickness lies in the range changes between the mirrors gap provided stroke of the piezoelectric elements.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая стабильность эксплуатационных, в частности точностных, характеристик, что вызвано негерметичностью корпуса интерферометра, использование в конструкции резьбовых и клеевых соединений, недостаточной температурной стабильностью конструкции и разными температурными коэффициентами расширения различных элементов конструкции.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low stability of operational, in particular accuracy, characteristics, which is caused by leaks in the interferometer body, the use of threaded and adhesive joints in the structure, insufficient thermal stability of the structure, and different temperature expansion coefficients of various structural elements.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в разработке устройства, обладающего повышенной стабильностью его эксплуатационных, в частности точностных, характеристик.The problem, which the utility model is aimed at, is to develop a device with increased stability of its operational, in particular accuracy, characteristics.

Требуемый технический результат заключается в повышении стабильности эксплуатационных, в частности точностных, характеристик устройства.The required technical result is to increase the stability of the operational, in particular accuracy, characteristics of the device.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве, содержащем корпус, выполненном в виде узла крепления двух оптических подложек, установленных перпендикулярно оптической оси корпуса, пьезоэлектрический корректор и двухзеркальный резонатор, каждое зеркало которого установлено на оптической оси корпуса и закреплено внутри его на соответствующей оптической подложке, согласно полезной модели, корпус, оптические подложки и зеркала выполнены из оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения, оптические подложки соединены с зеркалами и корпусом путем оптического контакта, пьезоэлектрический корректор установлен на внешней стороне одной из оптических подложек и выполнен с центральным сквозным отверстием на оптической оси корпуса для ввода-вывода лазерного излучения, а корпус установлен на термоэлектрическом модуле внутри герметичной камеры с оптическими окнами для ввода-вывода излучения, выполненными на оптической оси корпуса.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in the device containing the housing, made in the form of a mounting unit for two optical substrates mounted perpendicular to the optical axis of the housing, a piezoelectric corrector and a two-mirror resonator, each mirror of which is mounted on the optical axis of the housing and fixed inside it on an appropriate optical substrate, according to a utility model, the housing, optical substrates and mirrors are made of optically transparent material with a low coefficient thermal expansion coefficient, the optical substrates are connected to the mirrors and the housing by optical contact, the piezoelectric corrector is mounted on the outside of one of the optical substrates and is made with a central through hole on the optical axis of the housing for input / output of laser radiation, and the housing is mounted on a thermoelectric module inside a sealed cameras with optical windows for radiation input-output, made on the optical axis of the housing.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения используют ситалл.In addition, the required technical result is achieved by the fact that glass is used as an optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что пьезоэлектрический корректор выполнен в виде биморфной мембраны, установленной на металлическом основании.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the piezoelectric corrector is made in the form of a bimorph membrane mounted on a metal base.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что зеркала двухзеркального резонатора выполнены с радиусом кривизны 20-50 мм.In addition, the required technical result is achieved in that the mirrors of the two-mirror resonator are made with a radius of curvature of 20-50 mm.

В качестве материала для изготовления корпуса, оптических подложек и зеркал выбирается оптически прозрачный материал, обладающий низким коэффициентом температурного расширения, например, ситалл, кварцевое стекло, стекло типа ULE (ultra low expansion), оптические подложки устанавливаются на корпус интерферометра перпендикулярно оптической оси методом оптического контакта, для чего торцы корпуса и посадочные поверхности подложек полируются с качеством не хуже 13 класса шероховатостей, пьезокорректор крепится снаружи на одну из подложек и изменяет оптическую базу интерферометра деформацией этой подложки на величину, соответствующую рабочей оптической длине волны интерферометра, также пьезокорректор имеет отверстие, обеспечивающее вывод излучения из интерферометра, и изготавливается из инвара таким образом, чтобы скомпенсировать ТКР пьезокерамики.An optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion is selected as the material for the manufacture of the case, optical substrates, and mirrors, for example, glass, quartz glass, ULE glass (ultra low expansion), optical substrates are mounted on the interferometer case perpendicular to the optical axis by optical contact why the ends of the case and the landing surfaces of the substrates are polished with a quality no worse than grade 13 roughnesses, the piezoelectric corrector is mounted externally on one of the substrates and changed Since the optical base of the interferometer is deformed by this substrate by an amount corresponding to the working optical wavelength of the interferometer, the piezoelectric corrector also has a hole that allows radiation to be emitted from the interferometer and is made of Invar in such a way as to compensate for the TEC of the piezoceramics.

На чертеже представлена конструкция термостабилизированного сканирующего конфокального интерферометра.The drawing shows the design of a thermostabilized scanning confocal interferometer.

Термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр содержит корпус 1, выполненный в виде узла крепления двух оптических подложек с центральным каналом для прохода оптического излучения, две оптические подложки 2 и 3, установленные перпендикулярно оптической оси 4 корпуса 1, являющейся оптической осью интерферометра и соединенные с корпусом методом оптического контакта. Одна из оптических подложек, например подложка 3, отличается от другой оптической подложки 2 тем, что допускает свою деформацию вдоль оптической оси интерферометра на величину, соответствующую изменению расстояния между зеркалами интерферометра на несколько рабочих длин волн.The thermostabilized scanning confocal interferometer contains a housing 1 made in the form of a mounting unit for two optical substrates with a central channel for the passage of optical radiation, two optical substrates 2 and 3 mounted perpendicular to the optical axis 4 of the housing 1, which is the optical axis of the interferometer and connected to the housing by optical contact . One of the optical substrates, for example, substrate 3, differs from the other optical substrate 2 in that it allows its deformation along the optical axis of the interferometer by an amount corresponding to a change in the distance between the mirrors of the interferometer by several working wavelengths.

Кроме того, термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр содержит пьезоэлектрический корректор 5 и двухзеркальный резонатор, формируемый зеркалами 6 и 7, которые располагаются на оптической оси 4 интерферометра и могут быть изготовлены как непосредственно на соответствующих им оптических подложках 2 и 3, так и на промежуточных подложках, установленных дополнительно на оптические подложки 2 и 3 методом оптического контакта. Зеркала 6 и 7 двухзеркального резонатора в частном случае могут быть выполнены вогнутыми с радиусом кривизны 20-50 мм.In addition, the thermostabilized scanning confocal interferometer contains a piezoelectric corrector 5 and a two-mirror resonator formed by mirrors 6 and 7, which are located on the optical axis 4 of the interferometer and can be fabricated either directly on their respective optical substrates 2 and 3, or on intermediate substrates installed optionally on optical substrates 2 and 3 by optical contact. Mirrors 6 and 7 of a two-mirror resonator in a particular case can be made concave with a radius of curvature of 20-50 mm.

В термостабилизированном сканирующем конфокальном интерферометре оптические подложки 2 и 3, а также зеркала 6 и 7 выполнены из оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения, например, из кварца или ситалла. При этом оптические подложки 2 и 3 соединены с корпусом и соответствующими им зеркалами 6 и 7 методом оптического контакта, который осуществляют путем прикладывания друг к другу хорошо отполированных поверхностей для обеспечения действия сил межмолекулярного притяжения Ван-дер-Ваальса.In a thermostabilized scanning confocal interferometer, the optical substrates 2 and 3, as well as the mirrors 6 and 7, are made of optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion, for example, of quartz or ceramic. In this case, the optical substrates 2 and 3 are connected to the housing and the corresponding mirrors 6 and 7 by the method of optical contact, which is carried out by applying to each other well-polished surfaces to ensure the action of inter-molecular attraction forces of Van der Waals.

Помимо указанного выше, в термостабилизированном сканирующем конфокальном интерферометре пьезоэлектрический корректор 5 установлен с внешней стороны оптической подложки 3 и выполнен с центральным сквозным отверстием 8 на оптической оси 4 интерферометра. Центральное сквозное отверстие 8 на оптической оси 4 интерферометра предназначено для ввода-вывода лазерного излучения. Пьезоэлектрический корректор 5 может быть выполнен в виде биморфной мембраны, установленной на металлическом основании.In addition to the above, in a thermostabilized scanning confocal interferometer, a piezoelectric corrector 5 is mounted on the outside of the optical substrate 3 and is made with a central through hole 8 on the optical axis 4 of the interferometer. The central through hole 8 on the optical axis 4 of the interferometer is intended for input-output of laser radiation. The piezoelectric corrector 5 can be made in the form of a bimorph membrane mounted on a metal base.

Кроме того, корпус 1 интерферометра с установленными на нем оптическими подложками 2, 3, зеркалами 6, 7 и пьезокорректором 5 монтируется на термоэлектрический модуль 9 Пельтье или нагреватель и устанавливается в герметичную камеру 10 с оптическими окнами 11. Это позволяет изолировать интерферометр от внешних перепадов давления и температуры.In addition, the housing 1 of the interferometer with optical substrates 2, 3, mirrors 6, 7 and a piezo corrector 5 mounted on it is mounted on a Peltier thermoelectric module 9 or a heater and installed in a sealed chamber 10 with optical windows 11. This allows you to isolate the interferometer from external pressure drops and temperature.

Корпус интерферометра устанавливается в герметичную камеру, которая термостабилизируется с помощью датчика температуры и внешнего нагревателя или термоэлектрических элементов, а также имеет оптические окна для ввода-вывода излучения.The interferometer case is installed in a sealed chamber, which is thermally stabilized by a temperature sensor and an external heater or thermoelectric elements, and also has optical windows for radiation input-output.

Термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр содержит корпус, выполненный в виде двух фланцев, установленных перпендикулярно к его оптической оси и соединенных между собой узлом крепления, пьезоэлектрический корректор и двухзеркальный резонатор, каждое зеркало которого установлено на оптической оси и закреплено на соответствующем фланце внутри корпуса, содержит корпус 1, выполненный в виде блока с центральным каналом для прохода оптического излучения, две оптические подложки (первая 2 и вторая 3), установленные перпендикулярно оптической оси 4 интерферометра и соединенные с корпусом методом оптического контакта. Подложка 3 отличается от подложки 2 тем, что допускает свою деформацию вдоль оптической оси прибора на величину, соответствующую изменению расстояния между зеркалами интерферометра на несколько рабочих длин волн.The thermostabilized scanning confocal interferometer contains a housing made in the form of two flanges mounted perpendicular to its optical axis and interconnected by a mount, a piezoelectric corrector and a two-mirror resonator, each mirror of which is mounted on the optical axis and mounted on a corresponding flange inside the housing, contains a housing 1 made in the form of a block with a central channel for the passage of optical radiation, two optical substrates (first 2 and second 3), mounted perp interferometer optical axis 4 and connected to the housing by optical contact. The substrate 3 differs from the substrate 2 in that it allows its deformation along the optical axis of the device by an amount corresponding to a change in the distance between the mirrors of the interferometer by several working wavelengths.

Кроме того, термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр содержит пьезоэлектрический корректор 5, и двухзеркальный резонатор, формируемый зеркалами 6 и 7, которые располагаются на оптической оси 4 интерферометра и могут быть изготовлены как непосредственно на оптических подложках 2 и 3, так и на промежуточных подложках, установленных впоследствии на подложки 2 и 3 методом оптического контакта. Эти зеркала в частном случае могут быть выполнены вогнутыми с радиусом кривизны 20-50 мм.In addition, a thermostabilized scanning confocal interferometer contains a piezoelectric corrector 5, and a two-mirror resonator formed by mirrors 6 and 7, which are located on the optical axis 4 of the interferometer and can be fabricated either directly on optical substrates 2 and 3, or on intermediate substrates subsequently installed on substrates 2 and 3 by optical contact. These mirrors in a particular case can be made concave with a radius of curvature of 20-50 mm.

В термостабилизированном сканирующем конфокальном интерферометре подложки 2 и 3, а также зеркала 6 и 7 выполнены из оптически прозрачного материала с низким коэффициентом температурного расширения, например, из кварца или ситалла. При этом подложки 2 и 3 соединены с корпусом и соответствующими им зеркалами 6 и 7 методом оптического контакта, который осуществляют путем прикладывания друг к другу хорошо отполированных поверхностей для обеспечения действия сил межмолекулярного притяжения Ван-дер-Ваальса.In a thermostabilized scanning confocal interferometer, the substrates 2 and 3, as well as the mirrors 6 and 7, are made of optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion, for example, of quartz or ceramic. In this case, the substrates 2 and 3 are connected to the body and the corresponding mirrors 6 and 7 by the method of optical contact, which is carried out by applying well-polished surfaces to each other to ensure the action of inter-molecular attraction forces of Van der Waals.

Помимо указанного выше, в термостабилизированном сканирующем конфокальном интерферометре пьезоэлектрический корректор 5 установлен снаружи подложки 3 и выполнен с центральным сквозным отверстием 8 на оптической оси 4 интерферометра. Центральное сквозное отверстие 8 на оптической оси 4 интерферометра предназначено для ввода-вывода лазерного излучения. Пьезоэлектрический корректор 5 может быть выполнен в виде биморфной мембраны, установленной на металлическом основании.In addition to the above, in a thermostabilized scanning confocal interferometer, a piezoelectric corrector 5 is installed outside the substrate 3 and is made with a central through hole 8 on the optical axis 4 of the interferometer. The central through hole 8 on the optical axis 4 of the interferometer is intended for input-output of laser radiation. The piezoelectric corrector 5 can be made in the form of a bimorph membrane mounted on a metal base.

Кроме того, корпус термостабилизированного сканирующего конфокального интерферометра 1 с установленными на нем подложками 2, 3, зеркалами 6, 7, пьезокорректором 5 монтируется на термоэлектрический модуль Пельтье или нагреватель 9 и устанавливается в герметичную камеру 10 с оптическими окнами 11 для ввода-вывода излучения, выполненными на оптической оси корпуса. Это позволяет изолировать его от внешних перепадов давления и температуры.In addition, the case of a thermostabilized scanning confocal interferometer 1 with its substrates 2, 3, mirrors 6, 7, piezo corrector 5 mounted on a Peltier thermoelectric module or heater 9 and installed in a sealed chamber 10 with optical windows 11 for input-output radiation made on the optical axis of the housing. This allows you to isolate it from external changes in pressure and temperature.

Работает предложенный термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр следующим образом.The proposed thermostabilized scanning confocal interferometer operates as follows.

Термостабилизированный сканирующий конфокальный интерферометр, работающий по принципу сферического интерферометра Фабри-Перо, является высокодобротным оптическим резонатором и представляет собой два зеркала 6 и 7 одинаковой кривизны, отстоящие друг от друга на расстоянии L, равном радиусу кривизны r. Он может быть использован, в частности, как анализатор спектра высокого разрешения для детектирования модовой структуры и ширины линии генерации лазеров или стабилизации частоты перестраиваемых лазеров. Лазерный луч, входящий в интерферометр параллельно оптической оси 4 через сквозное отверстие 8 в пьезоэлектрическом корректоре 5 последовательно отражается в зеркалах и интерферирует с собой. Чем выше коэффициент отражения зеркал, тем большее количество парциальных волн участвует в интерференции и, следовательно, тем выше спектральное разрешение прибора.The thermostabilized scanning confocal interferometer operating on the principle of the Fabry-Perot spherical interferometer is a high-quality optical resonator and consists of two mirrors 6 and 7 of the same curvature, spaced from each other by a distance L equal to the radius of curvature r. It can be used, in particular, as a high-resolution spectrum analyzer for detecting the mode structure and width of the laser generation line or stabilizing the frequency of tunable lasers. The laser beam entering the interferometer parallel to the optical axis 4 through the through hole 8 in the piezoelectric corrector 5 is successively reflected in the mirrors and interferes with itself. The higher the reflection coefficient of the mirrors, the greater the number of partial waves involved in the interference and, therefore, the higher the spectral resolution of the device.

Принцип работы интерферометра по измерению ширины линии генерации заключается в следующем. Луч анализируемого излучения посылается на интерферометр вдоль его оптической оси через сквозное отверстие 8 в пьезоэлектрическом корректоре 5. Часть излучения, прошедшая через интерферометр, регистрируется фотоприемником (на чертеже не показан). Положение второго зеркала 7 может изменяться путем подачи управляющего сигнала на пьезоэлектрический корректор 5, варьируя, тем самым, базу интерферометра. Сигнал на пьезоэлектрическом корректоре 5 можно менять линейно, поэтому линейно меняются и база интерферометра, и частота его собственных мод. При совпадении частоты одной из мод интерферометра с частотой анализируемого излучения свет проходит через зеркала и достигает фотоприемника. В режиме сканирования, таким образом, наблюдаются резонансы пропускания. Форма отдельного резонанса является сверткой аппаратной функции интерферометра и линии лазера.The principle of operation of the interferometer for measuring the width of the generation line is as follows. The beam of the analyzed radiation is sent to the interferometer along its optical axis through the through hole 8 in the piezoelectric corrector 5. A part of the radiation transmitted through the interferometer is detected by a photodetector (not shown in the drawing). The position of the second mirror 7 can be changed by applying a control signal to the piezoelectric corrector 5, thereby varying the base of the interferometer. The signal on the piezoelectric corrector 5 can be changed linearly, so the interferometer base and the frequency of its eigenmodes linearly change. When the frequency of one of the modes of the interferometer coincides with the frequency of the analyzed radiation, the light passes through the mirrors and reaches the photodetector. In scan mode, transmission resonances are thus observed. The shape of a single resonance is a convolution of the hardware function of the interferometer and the laser line.

При стабилизации частоты перестраиваемого лазера по резонансу пропускания интерферометра пьезокорректор 5 модулирует частоту этого резонанса, что позволяет сформировать сигнал управления, который подстраивает частоту стабилизируемого лазера к вершине резонанса пропускания интерферометра. Имеются и иные приложения по использованию интерферометра.When the frequency of the tunable laser is stabilized by the transmission resonance of the interferometer, the piezoelectric corrector 5 modulates the frequency of this resonance, which allows one to generate a control signal that adjusts the frequency of the stabilized laser to the peak of the transmission resonance of the interferometer. There are other applications for using the interferometer.

Важным условием использования интерферометра является обеспечение высокой стабильности его эксплуатационных, в частности точностных, характеристик. Их улучшение достигается тем, что корпус, подложки и зеркала выполнены из материала с низким коэффициентом температурного расширения, подложки соединены с зеркалами и корпусом методом оптического контакта, пьезоэлектрический корректор установлен снаружи одной из подложек и выполнен с центральным сквозным отверстием, предназначенным для ввода-вывода лазерного излучения. Корпус интерферометра помещается в герметичную камеру с оптическими окнами, которая обеспечивает термическую и акустическую изоляцию интерферометра. По отношению к прототипу исключается открытость корпуса, исключаются какие-либо средства соединения элементов корпуса, и все его элементы, сделаны из материалов, обладающих низким коэффициентом температурного расширения и позволяющих обеспечить их соединение методом оптического контакта. Все это обеспечивает достижение требуемого технического результата.An important condition for the use of an interferometer is to ensure high stability of its operational, in particular accuracy, characteristics. Their improvement is achieved by the fact that the casing, substrates and mirrors are made of material with a low coefficient of thermal expansion, the substrates are connected to the mirrors and the casing by optical contact, the piezoelectric corrector is installed on the outside of one of the substrates and is made with a central through hole for laser input-output radiation. The interferometer case is placed in a sealed chamber with optical windows, which provides thermal and acoustic isolation of the interferometer. In relation to the prototype, openness of the housing is excluded, any means of connecting the housing elements are excluded, and all its elements are made of materials having a low coefficient of thermal expansion and allowing them to be connected by optical contact. All this ensures the achievement of the required technical result.

Claims

1. Thermostabilized scanning confocal interferometer, comprising a housing made in the form of a mounting unit for two optical substrates mounted perpendicular to the optical axis of the housing, a piezoelectric corrector and a two-mirror resonator, each mirror of which is mounted on the optical axis of the housing and mounted inside it on the corresponding optical substrate, characterized in that, the case, optical substrates and mirrors are made of optically transparent material with a low coefficient of temperature expansion Oia, optical substrates are connected to the mirrors and the housing by optical contact, the piezoelectric corrector is mounted on the outside of one of the optical substrates and made with a central through hole on the optical axis of the housing for input / output of laser radiation, and the housing is mounted on a thermoelectric module inside a sealed chamber with optical windows for radiation input-output, made on the optical axis of the housing.

2. The device according to claim 1, characterized in that glass is used as an optically transparent material with a low coefficient of thermal expansion.

3. The device according to p. 1, characterized in that the piezoelectric corrector is made in the form of a bimorph membrane mounted on a metal base.

4. The device according to claim 1, characterized in that the mirrors of the two-mirror resonator are made with a radius of curvature of 20-50 mm.